Metody pomiarów rezystancji uziemień

Metody pomiarów rezystancji uziemień

Metody pomiarów rezystancji uziemień

Potrzeba pomiaru rezystancji uziomu występuje każdorazowo po jego wykonaniu oraz okresowo podczas jego eksploatacji. W praktyce spotykamy uziomy ochronne, robocze i piorunochronne.

Zgodnie z wymaganiem § 53 pkt 2 rozporządzenia ministra infrastruktury z 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (tekst jedn.: Dz.U. z 2015 r. poz. 1422), każdy budynek należy wyposażyć w instalację chroniącą przed skutkami wyładowań atmosferycznych, czyli w instalację piorunochronną, jeżeli potrzeba taka wynika z odpowiedniej Polskiej Normy. Taką instalację trzeba okresowo sprawdzać przez pomiar rezystancji uziomów.

Uziomy robocze to uziomy punktów zerowych transformatorów i w obwodach instalacyjnych, a uziomy ochronne to uziomy maszyn elektrycznych, urządzeń i instalacji w układach sieci TN, TT i IT.

Uziomy można mierzyć kilkoma metodami:

  1. Metody techniczne to metoda tradycyjna z zasilaniem sieciowym, gdzie wartość rezystancji obliczana się z wyników pomiaru wykonywanego amperomierzem i woltomierzem (metodaobecnie nie jest stosowana w praktyce) oraz powszechnie stosowane metody z wykorzystaniem mierników, np.typu MRU oraz mierników do pomiaru rezystancji lubimpedancjipętli zwarcia. Można również wykonywać pomiary uziemień miernikami z użyciem cęgów pomiarowych.

  2. Metoda kompensacyjna wykonywana induktorowym miernikiem do pomiaru uziemień typu IMU.

  3. Metoda z wykorzystaniem miernika udarowego.

Czynniki wpływające na jakość uziomu

O jakości uziomu decydują:

  • niska wartość rezystancji uziemienia,

  • niezmienność rezystancji w czasie,

  • odporność elementów uziomu na korozję.

Rezystancja uziomu zależy od sposobu jego wykonania, głównie od głębokości pogrążenia (rys. 1.). Przez zwiększenie głębokości pogrążenia uziomu uzyskuje się zmniejszenie jego rezystancji. Głębokość pogrążenia uziomu wpływa również na niezmienność rezystancji w czasie. Rezystancja uziomu głębokiego jest stabilna, gdyż nie wpływa na nią wysychanie ani zamarzanie gruntu.

Rys. 1. Zależność rezystancji uziomu od głębokości pogrążenia

Pojedynczy uziom pogrążony do 12 m ma rezystancję zbliżoną do rezystancji 15 uziomów pogrążonych do głębokości 3 m i połączonych równolegle bednarką (rys. 2).

Rys. 2. Porównanie uziomu 12 m z uziomami 3 m

Projektowanie uziomów i pomiar rezystywności gruntu

Każdy uziom powinien być przed wykonaniem zaprojektowany przez projektanta ze znajomością tematyki decydującej o jakości instalacji uziemiających, opracowany na bazie aktualnie panujących warunków środowiskowych − rezystywności gruntu.

Zasady projektowania uziomów do celów instalacji piorunochronnej są zawarte w normie PN-EN 62305-3:2011. Wyróżnia się dwa typy uziomów: typ A oraz B.

Uziom typu A

Ten typ zawiera uziomy poziome i pionowe instalowane na zewnątrz obiektu poddawanego ochronie i przyłączane do każdego przewodu odprowadzającego.

W układach uziomu tego typu całkowita liczba uziomów nie powinna być mniejsza niż dwa.

Rys. 3. Uziom typu A

Biorąc pod uwagę tylko kryterium długości uziomu zgodnie z wykresem na rysunku 4., w układach uziomowych typu A minimalna długość każdego uziomu od podstawy przewodu odprowadzającego (z zaciskiem pobierczym) powinna być równa:

  • l1 dla uziomów poziomych lub

  • 0,5 l1 dla uziomów pionowych lub nachylonych,

gdzie l1 jest minimalną długością uziomów poziomych pokazanych na rys. 4. W przypadku uziomów złożonych powinna być brana pod uwagę ich całkowita długość.

Minimalne długości określone z rysunku 4. mogą nie być uwzględniane, pod warunkiem że rezystancja uziemienia jest mniejsza niż 10 Ω. Uziomy typu A powinny być instalowane przy usytuowaniu górnego ich krańca w gruncie na głębokości nie mniejszej niż 0,5 m i zachowaniu możliwie najbardziej równomiernego ich rozkładu w celu zminimalizowania skutków sprzężenia elektrycznego w ziemi.

Rys. 4. Minimalna długość l każdego uziomu zgodnie z klasą LPS

Uziom typu B

Ten typ układu uziomu zawiera albo uziom otokowy, ułożony na zewnątrz obiektu poddawanego ochronie i pozostający w kontakcie z ziemią na długości równej przynajmniej 80% całkowitej jego długości, albo uziom fundamentowy. Takie uziomy mogą również tworzyć kratę.

Rys 5. Uziom typu B

W układach uziomów typu B jako kryterium długości uziomu przyjmuje się średni promień re obszaru objętego uziomem otokowym lub uziomem fundamentowym. W przypadku uziomu otokowego (lub uziomu fundamentowego) średni promień re, obszaru objętego tym uziomem (lub uziomem fundamentowym), nie powinien być mniejszy niż wartość l1:

re.≥ l1

przy czym l1,stosownie do klasy I, II, III i IV LPS, jest określone z rysunku 4.

Jeżeli wymagana wartość l1 jest większa niż średnia wartość re, to należy dodać dodatkowy uziom poziomy lub pionowy (lub nachylony) o indywidualnych długościach lr (poziomej) i lv (pionowej), określonych następującymi równaniami:

lr = l1 -re,

lv =(l1-re)/2.

Zaleca się, aby liczba uziomów nie była mniejsza niż liczba przewodów odprowadzających, a w żadnym razie nie mniejsza niż dwa.

Dodatkowe uziomy powinny być przyłączone do uziomu otokowego w punktach, w których są przyłączone przewody odprowadzające i w możliwie jednakowych odległościach.

Uziom otokowy typu B powinien być zakopany wokół obiektu, na głębokości najlepiej nie mniejszej niż 0,5 m, w odległości ok. 1 m od zewnętrznych ścian obiektu.

Uziomy powinny być instalowane w sposób pozwalający na ich sprawdzanie podczas budowy.

Przed opracowaniem projektu uziemienia należy wykonać pomiary rezystywności gruntu, która decyduje o jakości i rezystancji uziomu.

Pomiar rezystywności gruntu

Pomiar rezystywności gruntu może być wykonany induktorowym miernikiem typu IMU lub miernikami MRU 100; MRU 101, MRU-200. Przy pomiarze rezystywności gruntu zaciski miernika należy połączyć z sondami rozmieszczonymi w linii prostej z zachowaniem jednakowych odstępów „a” między sondami, jak przedstawia to rys 6. Odstępy „a” pomiędzy sondami wynoszą zwykle kilka metrów. Zmierzona wartość jest wartością średnią rezystywności gruntu w obszarze spłaszczonej półkuli o głębokości 0,7 i średnicy równej 3a.

Rys. 6. Układ połączeń miernika IMU do pomiaru rezystywności gruntu

Pomiary wykonujemy jak przy pomiarze rezystancji uziemienia, a odczytaną wartość Rx mnożymy przez 2 π a i współczynnik kg uwzględniający aktualną wilgotność gruntu. Mierzona rezystywność gruntu wynosi:

Do pomiaru rezystywności gruntu można również wykorzystywać miernik MRU-200, jak przedstawiono na rysunku nr 7.

Rys. 7. Pomiar rezystywności gruntu miernikiem MRU-200

Metody pomiaru rezystancji uziomów

Pomiar rezystancji uziemienia uziomu powinien być wykonany metodą techniczną, kompensacyjną lub udarową.Rezystancję uziemień mierzy się prądem przemiennym.

Nie można wykonywać pomiarów rezystancji uziemień prądem stałym, gdyż siły elektromotoryczne powstające na stykach metal-elektrolit powodują błędy pomiaróworaz ze względu na elektrolityczny charakter przewodności gruntu.

Pomiary rezystancji uziomów metodą techniczną

Pomiary rezystancji uziemienia uziomu metodą techniczną mogą być wykonywane przy użyciu mierników rezystancji lub impedancji pętli zwarcia albo mierników typu MRU opartych na metodzie technicznej.

Prąd dopływający do uziomu rozpływa się w gruncie promieniście na wszystkie strony. Gęstość prądu jest największa przy uziomie, powstaje lejowata krzywa potencjału, której kształt okaże się zależny od rezystywności gruntu.

W metodzie technicznej pomiaru rezystancji uziemienia uziomu z zasilaniem sieciowym:

  • Obwód prądowy układu pomiarowego tworzą: obwód wtórny transformatora, amperomierz, uziom badany X, ziemia i uziom pomocniczy (prądowy) P.

  • Obwód napięciowy układu pomiarowego utworzą: uziom badany X, ziemia, napięciowa sonda pomiarowa S i woltomierz.

Do poprawnego wykonania pomiaru rezystancji uziemienia metodą techniczną z zasilaniem sieciowym wymagane są: woltomierz o dużej rezystancji wewnętrznej 1000 Ω/V, magnetoelektryczny lub lampowy wysokiej klasy dokładności do – 0,5, amperomierz o większym zakresie od spodziewanego prądu i wysokiej klasy dokładności. Rezystancja sondy nie powinna przekraczać 300 Ω.

Odległości między uziomem X a sondą pomiarową S i uziomem pomocniczym P muszą być takie, aby sonda była w przestrzeni o potencjale zerowym (ziemia odniesienia), czyli między obszarem rezystancji uziomu i obszarem sondy prądowej.

Rys. 8. Układ do pomiaru rezystancji uziemień metodą techniczną: X-badany uziom, S – napięciowa sonda pomiarowa, P – uziom pomocniczy prądowy, Tr –transformator izolujący, V – przebieg potencjału między uziomem badanym a uziomem pomocniczym prądowym

Sonda napięciowa powinna być umieszczana w odległości 61,8% od badanego uziomu w odstępie między badanym uziomem a sondą prądową.

Wymagane odległości pomiędzy badanym uziomem a sondami, podczas pomiaru rezystancji uziemienia, w zależności od wymiarów uziomu podano w tabeli 1.

Wartość rezystancji uziemienia uziomu oblicza się ze wzoru:

Rx = [Ω]

Metoda techniczna pomiaru rezystancji uziemienia służy do pomiaru małych rezystancji w granicach 0,01–1 Ω.

Wadami metody technicznej są:

  1. konieczność stosowania pomocniczych źródeł zasilania;

  2. prądy błądzące mogące mieć wpływ na wynik pomiaru \;

  3. niemożliwość bezpośredniego odczytu mierzonej rezystancji.

Z uwagi na te wady metoda ta praktycznie nie jest stosowana.

Najczęściej pomiary rezystancji uziomów wykonywane są z użyciem mierników produkcji krajowej typu MRUlub mierników różnych producentów zagranicznych.

Praktycznie metodą techniczną możemy również mierzyć rezystancję uziomu, wykorzystując miernik rezystancji lub impedancji pętli zwarcia, przy pomiarze w sieci TN i TT, unikając wymienionych wad, jak przedstawiono na rys. 9. W tym przypadku musimy jednak mieć pewność, że badany uziom nie jest połączony metalicznie z uziomem lub przewodami ochronnymi PE/PEN układu sieciowego, z którego zasilany jest miernik rezystancji pętli zwarcia, gdyż w takiej sytuacji uzyskamy błędny wynik pomiaru rezystancji obwodu połączonych przewodów.

Rys. 9. Układ do pomiaru rezystancji uziemień metodą techniczną z wykorzystaniem miernika rezystancji pętli zwarcia

Obecnie produkowane są mierniki umożliwiające pomiar rezystancji uziemienia uziomów przy użyciu cęgów pomiarowych bez rozłączania zacisków kontrolnych (np. MRU 100), lecz dotyczy to tylko wielokrotnych uziomów pojedynczych, a nie mogą to być uziomy otokowe.

Tabela 1. Wymagane odległości między badanym uziomem a sondami podczas pomiaru rezystancji uziemienia

Metoda techniczna pomiaru uziomów z użyciem dodatkowych cęgów

Uciążliwości wynikające z konieczności odłączania uziomów podczas pomiarów uziemień wielokrotnych można pokonać, wykorzystując metodę techniczną z użyciem dodatkowych cęgów (np. mierniki MRU-105, MRU-120, MRU-200). Elektrody prądowa i napięciowa są rozmieszczone podobnie jak przy metodzie trzybiegunowej, lecz prąd jest mierzony za pomocą cęgów zapiętych na badanym uziemieniu.

Metody tej nie można stosować do uziomów wielokrotnych połączonych pod ziemią.

Rys. 10. Pomiar uziemień bez odłączania uziomów

Metoda B3 dwucęgowa – pomiaru rezystancji pętli uziemienia z użyciem zacisków prądowych

Norma PN-HD 60364.6 2008 podaje metodę B3 – pomiaru rezystancji pętli uziemienia z użyciem zacisków prądowych. Ta metoda pomiarowa ma zastosowanie do istniejących pętli uziemienia w obrębie kratowego układu uziemiającego, jak przedstawiono na rysunku nr 11.

Pierwszy zacisk wprowadza napięcie pomiarowe U do pętli, drugi zacisk mierzy prąd I w pętli.

Rezystancję pętli można obliczyć, dzieląc napięcie U przez prąd I. Ponieważ wypadkowa wartość połączonych równolegle rezystancji R1 ... Rn jest zwykle pomijalna, nieznana rezystancja jest równa zmierzonej rezystancji pętli lub jest nieznacznie mniejsza.

Każdy zacisk może być indywidualnie przyłączony do miernika lub zespolony w jeden specjalny zacisk.

Metodę tę stosuje się bezpośrednio do układów TN oraz w uziemieniach kratowych układów TT. W układach TT, w których dostępne jest tylko nieznane połączenie z ziemią, pętla podczas pomiaru może być zamknięta krótkotrwałym połączeniem między uziomem a przewodem neutralnym (układ quasi-TN).

Rys. 11. Pomiar rezystancji pętli uziemiania z użyciem zacisków prądowych:

RT – uziemienie transformatora,

Rx – nieznana rezystancja, którą należy zmierzyć,

R1…Rn – równoległe uziemienia złączone połączeniem wyrównawczym lub przewodem PEN

Celem uniknięcia ewentualnego ryzyka spowodowanego prądami powstałymi na skutek różnicy potencjałów między przewodem neutralnym a ziemią układ powinien być wyłączony podczas przyłączania i odłączania zacisków.

Rys. 12. Sposób podłączenia miernika w metodzie 2-cęgowej

Metoda czteroprzewodowa

Zaawansowane przyrządy mają możliwość wykonywania pomiarów metodą czteroprzewodową, co pozwala na wyeliminowanie wpływu rezystancji przewodu, którym miernik jest dołączony do badanego uziemienia. Umożliwia to dokładne pomiary w przypadku zastosowania bardzo długich przewodów łączących miernik z badanym uziomem. Korzyść ze stosowania tej metody pomiaru wynika z faktu, że rezystancja pojedynczego przewodu łączącego przyrząd z badanym uziomem dodaje się do rezystancji mierzonego uziomu. Przy tej metodzie pomiaru miernik wskazuje tylko rezystancję badanego uziomu.

Rys. 13. Pomiar uziomuw przypadku zastosowania bardzo długich przewodów

Metoda kompensacyjna pomiaru rezystancji uziemień

Metoda kompensacyjna z wykorzystaniem miernika IMU jest stosowana do pomiarów rezystancji uziemień od kilku do kilkuset Ω. Źródłem prądu przemiennego w mierniku IMU będzie induktor korbkowy z napędem ręcznym. Częstotliwość wytwarzanego napięcia wynosi 65 Hz przy 160 obr./min korbki. Napięcie znamionowe wynosi kilkadziesiąt woltów i nie musi być regulowane.

Schemat połączeń do pomiaru rezystancji uziemień metodą kompensacyjną jest pokazany na rys. 14.

Rys. 14. Schemat połączeń do pomiaru rezystancji uziemień metodą kompensacyjną

Rezystancja uziomów pomocniczych

Dokładność pomiaru badanego uziemienia nie zależy praktycznie od rezystancji uziomów pomocniczych, wpływa jedynie na czułość układu pomiarowego; im większa rezystancja, tym mniejsza czułość układu pomiarowego. Sprawdzenie czułości układu pomiarowego przy pomiarze metodą kompensacyjną polega na zmianie ustawienia potencjometru o 10%, gdy wskazówka wychyli się o 1,5 lub więcej działki, to czułość jest wystarczająca. Gdy wskazówka wychyli się mniej, należy zmniejszyć rezystancję uziemienia przez wbicie kilku dodatkowych prętów uziemiających lub zwilżenie gruntu.

Badany uziom powinien być połączony z zaciskiem miernika możliwie krótkim przewodem pomiarowym, gdyż miernik mierzy łączną rezystancję uziemienia i przewodu. W przypadku długiego przewodu pomiarowego od wyniku pomiaru należy odjąć rezystancję tego przewodu, którą trzeba zmierzyć oddzielnie. Okresowo należy sprawdzać stan tego przewodu przez pomiar jego rezystancji, która nie powinna być większa niż około 1 Ω.

Rezystywność gruntu ma decydujący wpływ na rezystancję uziomu. Rezystywność ta waha się od 2 do 3000 Ωm, zależy od składu fizycznego gleby i jej wilgotności. Ze wzrostem wilgotności rezystancja maleje, do pewnej granicy, jak przedstawia to na rys. 15.

Rezystancja uziomu zależy od: wielkości i kształtu uziomu, rezystywności właściwej gruntu, która podlega zmianom sezonowym w zależności od opadów atmosferycznych, zmiany te są tym mniejsze, im uziom jest głębszy. Najlepszymi uziomami są uziomy głębokie.

Tabela 2. Rezystywność gruntu dla różnych rodzajów gleby

Rys. 15. Wykres zależności rezystywności gleby od jej wilgotności w %

Czynnikiem utrudniającym pomiary są prądy błądzące zniekształcające wyniki pomiarów.

Wyniki pomiaru należy pomnożyć przez podany w tabeli 3, współczynnik Kg = 1,1 do 3,0 uwzględniający aktualne nawilgocenie gruntu, rezystywność gruntu oraz sposób wykonania uziomu. Współczynniki podane w tabeli umożliwiają eliminowanie sezonowych zmian rezystancji uziemień.

Można przyjąć zasadę, że:
− jeśli nie wykonujemy pomiarów w okresie 2 do 3 dni po opadach,
− jeśli wykonujemy pomiary od września do października (największe rezystancje uziomów w ciągu roku), to nie musimy stosować współczynników korekcyjnych.


Tabela 3. Współczynnik kg sezonowych zmian rezystywności gruntu

Rodzaj uziomu

Rozmiar uziomu

Zmierzona rezystywność gruntu
Ωm

Współczynnik kg

grunt w czasie pomiarów

suchy1)

wilgotny2)

mokry3)

Uziom poziomy4)

l < 30 m

dowolna

1,4

2,2

3,0

Uziom kratowy4)

SE < 900 m2

ρ≤200

1,3

1,8

2,4

ρ >200

1,4

2,2

3,0

SE ≥ 900 m2

ρ≤200

1,1

1,3

1,4

ρ >200

1,2

1,6

2,0

Uziom pionowy

l = 2,5 ÷ 5 m

dowolna

1,2

1,6

2,0

l > 5 m

dowolna

1,1

1.2

1,3

1) w okresie od czerwca do września (włącznie) z wyjątkiem trzech dni po długotrwałych opadach
2) poza okresem zaliczonym do 1), z wyjątkiem 3 dni po długotrwałych opadach lub stopieniu się śniegu
3) w ciągu trzech dnipo długotrwałych opadach lub stopieniu się śniegu
4) głębokość ułożenia uziomu od 0,6 do 1 m

Pomiary rezystancji uziomów miernikiem udarowym

Pomiary rezystancji uziemienia uziomu można również wykonywać przy użyciu miernika udarowego typu WG-407.

Udarowy miernik uziemień jest przeznaczony do kontroli wszelkich instalacji odgromowych, a zwłaszcza w obiektach podlegających obostrzonej ochronie odgromowej, takich jak stacje paliw i gazów, zakłady i magazyny branży chemicznej, drzewnej itp. Polska Norma PN-89/E-05009/03 dotycząca obostrzonej ochrony zabytkowych obiektów budowlanych wymaga pomiaru rezystancji uziemienia mostkiem udarowym, który jako kryterium oceny stanu uziemienia podaje jego impedancję zmierzoną przy przepływie prądu o dużej stromości narastania.

W Politechnice Gdańskiej opracowano metodę pomiaru impedancji uziomu jako stosunku chwilowej wartości spadku napięcia i wywołującego go prądu o odpowiednio krótkim czasie narastania impulsu. Cyfrowy miernik WG-407 produkowany przez firmę ATMOR z Gdańska realizuje pomiar w pełni automatycznie i wykazuje dużą odporność na zakłócenia.

Do pomiaru wykorzystuje się dwie sondy: prądową Si i napięciową Su. Po uruchomieniu przetwornica P zasila generator udarów G napięciem 1 kV. Generator emituje do obwodu pomiarowego paczkę udarów prądowych o czasie czoła ok. 4 μs i czasie do półszczytu ok. 10 μs, o amplitudzie prądowej 1 A, przy napięciu około
1000 V. Woltomierz V porównuje sygnał z sondy pomiarowej, przekształcony w dzielniku D, z sygnałami wzorcowymi z generatora udarów i przez kilkanaście sekund wyświetla uśredniony wynik pomiaru. Blok automatyki steruje pracą miernika, wybierając automatycznie zakres pomiarowy 20/200 Ω, testuje wyświetlacz i akumulatory zasilania i wyłącza je po wyświetleniu wyniku. Schemat funkcjonalny i sposób podłączenia miernika WG-407 przedstawia rys. 16.

Omawiany miernik bada właściwości uziemienia instalacji piorunochronnej w warunkach zbliżonych do występujących w chwili uderzenia pioruna oraz umożliwia pomiary uziemień poszczególnych słupów linii elektroenergetycznych. Błąd metody oceniany jest na 4%.

Rys. 16. Schemat funkcjonalny i sposób podłączenia miernika WG-407

Ponieważ prądy piorunowe cechuje znaczna stromość narastania (do 100 kA/μs), o skuteczności uziemienia decydują często indukcyjne spadki napięcia na elementach systemu uziemień. Przy bardziej rozległych układach uziemień znaczną rolę odgrywają zjawiska falowe zachodzące w uziemieniach. Na impedancję udarową uziomu poziomego wpływa jego długość i rezystywność gruntu. Zwiększanie długości uziomu poziomego (tylko do wartości efektywnej) i zmniejszanie rezystywności gruntu powoduje zmniejszanie się impedancji udarowej uziomu poziomego. Stosunek wartości rezystancji uziomu mierzonej metodą udarową do wartości przy napięciu wolnozmiennym jest oznaczany jako współczynnik udarowy uziomu.

Szczególną przydatność miernika obserwuje się przy pomiarze uziemień słupów sieci elektroenergetycznej, ponieważ w przeciwieństwie do mierników klasycznych nie trzeba odłączać uziemienia od konstrukcji słupa. Pomiar rezystancji poszczególnych uziomów instalacji piorunochronnej wykonuje się również bez rozłączania zacisków kontrolnych.

Na rysunku 17. pokazano sposób przyłączania badanego uziomu i sond pomiarowych do zacisków miernika oraz zalecany sposób rozmieszczenia sond pomiarowych. Odległość sondy prądowej od mierzonego uziomu powinna wynosić ponad 40 m, a sondy napięciowej ponad 30 m. W celu uniknięcia wpływu wzajemnych sprzężeń elektromagnetycznych na wyniki pomiaru przewody obu sond do miernika powinny być prowadzone w odległości od siebie nie mniejszej niż 5 m. Warunek ten może być łatwo spełniony, gdy sądy są rozmieszczone pod kątem w granicach 90 do 180 stopni. Przewody do sond pomiarowych powinny być całkowicie rozwinięte.

Rys. 17. Sposób przyłączania badanego uziomu i sond pomiarowych do zacisków miernika WG-407 oraz zalecany sposób rozmieszczenia sond pomiarowych

Miernikiem WG 407 nie wolno mierzyć impedancji pętli zwarcia.

Firma Sonel również oferuje miernik do pomiaru dynamicznej rezystancji uziemienia metodą udarową 4/10 μs i 10/350 μs.


Właściwości udarowe uziemień

Impedancja uziomu odprowadzającego prądy udarowe do ziemi jest wyższa niż przy przepływie prądu o częstotliwości sieciowej. Z tych względów właściwości uziomów, takie jak impedancja uziemienia lub rozkład napięcia na powierzchni ziemi, będą inne w warunkach udarowych niż w warunkach statycznych. Ponieważ prądy piorunowe cechuje znaczna stromość narastania (do 100 kA/μs), o skuteczności uziomu decydują często indukcyjne spadki napięcia na elementach systemu uziemień. Przy rozleglejszych układach uziemień należy brać pod uwagę zjawiska falowe zachodzące w uziemieniach. Na impedancję udarową uziomu poziomego wpływa jego długość i rezystywność gruntu.

Zwiększanie długości uziomu poziomego zmniejsza jego rezystancję tylko do wartości efektywnej zależnej od indukcyjności uziomu, rezystywności gruntu i czasu trwania czoła udaru. Im większa rezystywność gruntu, tym większa jest użyteczna długość uziomu. Użyteczna długość uziomu określona jest wzorem:

l ≤

gdzie: T1 – czas trwania czoła udaru,
L – indukcyjność uziomu (1 – 2 μH/m),
G – konduktywność gruntu.

Z podanej zależności wynika, że dla udaru o czole T = 1μs oraz przyjmując L = 2μH/m długości, użyteczna długość uziomu w gruncie o rezystywności 1000 Ωm wynosi 50 m, a w gruncie o rezystywności 100 Ωm to 15 m.

Ze zmniejszaniem rezystywności gruntu redukuje się też użyteczna długość uziomu poziomego.

Stosunek wartości rezystancji uziomu mierzonej metodą udarową do wartości przy napięciu wolnozmiennym jest oznaczana jako współczynnik udarowy uziomu.

Sprawdzenie poprawności wykonania pomiaru rezystancji uziomu

Załączniki B do norm PN-IEC 60364-6-61:2000 i PN-HD 60364-6:2008 podają opis sposobu sprawdzenia poprawności przeprowadzania pomiaru rezystancji uziemienia uziomu przy użyciu dwu dodatkowych położeń uziomu pomocniczego – sondy napięciowej oraz warunki, które powinny być spełnione. Sposób ten przedstawia rys. 18.

Prąd przemienny o stałej wartości przepływa między uziomem T a uziomem pomocniczym T1 umieszczonym w takiej odległości (d) od T, że uziomy nie oddziaływują na siebie. Drugi uziom pomocniczy T2, którym może być metalowy pręt wbity w grunt, jest umieszczony w połowie odległości między T a T1 i umożliwia pomiar spadku napięcia między T a T2.

Rezystancja uziomu to iloraz napięcia między T a T2 i prądu przepływającego między T a T1, pod warunkiem że uziomy nie oddziaływają na siebie. Do sprawdzenia, że zmierzona rezystancja jest prawidłowa, należy wykonać dwa dalsze odczyty z przesuniętym uziomem pomocniczym T2, raz 6 m w kierunku od uziomu T, a drugi raz 6 m do uziomu T1. Jeżeli rezultaty tych trzech pomiarów są zgodne w granicach błędu pomiaru, to średnią z trzech odczytów przyjmuje się jako rezystancję uziomu T. Jeżeli nie ma takiej zgodności, pomiary należy powtórzyć przy zwiększeniu odległości między T i T1 lub zmianie kierunku rozstawienia elektrod. Przy pomiarze prądem o częstotliwości sieciowej rezystancja wewnętrzna zastosowanego woltomierza musi wynosić co najmniej 200Ω/V.

Źródło prądu używane do próby przy tradycyjnej metodzie technicznej powinno być izolowane od sieci energetycznej (np. przez transformator dwuuzwojeniowy).

Ten sposób sprawdzenia poprawności przeprowadzenia pomiaru rezystancji uziomu można stosować również przy pomiarze rezystancji uziomu miernikiem opartym na metodzie technicznej oraz podczas pomiaru metodą kompensacyjną.

Rys. 18. Sposób sprawdzenia poprawności przeprowadzenia pomiaru rezystancji uziomu

Wykonywanie pomiarów instalacji piorunochronnej budynku

Aby poprawnie wykonać pomiar rezystancji instalacji piorunochronnej budynku, który składa się z kilku uziomów, należy zaciski kontrolne wszystkich uziomów instalacji rozłączyć, pozostawiając nierozłączny jeden najbardziej oddalony.

Dla każdego uziomu należy wykonać po dwa pomiary rezystancji – sprawdzanego uziomu – oraz przewodu odprowadzającego połączonego z nierozłączonym uziomem. Tym drugim pomiarem sprawdza się ciągłość przewodów odprowadzających i stan zacisków łączących na przewodach odprowadzających na dachu budynku.

Tak wykonane pomiary pozwalają na wykrycie wszystkich skorodowanych i przekorodowanych uziomów, wykrycie gorszej jakości połączeń przewodów odprowadzających i wykrycie skorodowanych zacisków łączących na przewodach odprowadzających na dachu budynku. Wynikiem będzie dokonanie prawidłowej oceny stanu instalacji piorunochronnej budynku.

W przypadku badania instalacji piorunochronnej z obwodami otwartymi (kominy)należy wykonać pomiar ciągłości przewodów odprowadzających z wykorzystaniem dodatkowego przewodu.

Badania techniczne i pomiary kontrolne urządzenia piorunochronnego

Rozróżnia się trzy rodzaje badań kontrolnych:

  • międzyoperacyjne (w czasie budowy obiektu),

  • odbiorcze,

  • eksploatacyjne (okresowe).

W zależności od rodzaju i przeznaczenia urządzenia piorunochronnego badania powinny obejmować:

  • oględziny zbrojenia fundamentów lub sztucznych uziomów fundamentowych przed zalaniem betonem,

  • oględziny części nadziemnej,

  • sprawdzenie ciągłości galwanicznej,

  • pomiary rezystancji uziemienia,

  • oględziny elementów uziemienia (po ich odkopaniu lub przed zasypaniem),

  • oględziny elementów ochrony wewnętrznej,

  • sprawdzenie stanu technicznego ograniczników przepięć,

  • sprawdzenie ciągłości połączeń wyrównawczych,

  • sprawdzenie odstępów izolacyjnych.

Oględziny dotyczą sprawdzania:

  • zgodności rozmieszczenia poszczególnych elementów urządzenia piorunochronnego,

  • wymiarów użytych materiałów,

  • rodzajów połączeń.

Sprawdzanie ciągłości galwanicznej powinno być wykonane przy użyciu omomierza przyłączonego z jednej strony do zwodów, a z drugiej do wybranych przewodów urządzenia piorunochronnego.

Pomiary rezystancji uziemienia powinny być wykonywane przy zastosowaniu metody technicznej lub kompensacyjnej.

Oględziny elementów uziemienia powinny być wykonywane dla 10% uziomów oraz ich przewodów uziemiających; wyboru badanych uziomów należy dokonać losowo.

W przypadku gdy stopień korozji nie przekracza 40% przekroju jakiegokolwiek elementu, można te elementy pokryć farbami tlenkowymi przewodzącymi lub półprzewodzącymi w celu umożliwienia dalszego ich użytkowania, zgodnie z obowiązującymi przepisami.

W przypadku stwierdzenia stopnia korozji przekraczającego 40% przekroju jakiegokolwiek elementu należy ten element wymienić na nowy.

Każdy obiekt budowlany podlegający ochronie odgromowej powinien posiadać metrykę urządzenia piorunochronnego.

Badania urządzenia piorunochronnego powinny być wykonane nie rzadziej, niż to przewidują przepisy dla danego rodzaju obiektów. Badania te powinny obejmować czynności wyszczególnione w protokole badań urządzenia piorunochronnego.

METRYKA URZĄDZENIA PIORUNOCHRONNEGO

Obiekt budowlany (miejsce położenia, adres i ewentualnie nazwa):

.......................................................................................................................................

Data wykonania obiektu: ...............................................................................................

Data wykonania urządzenia piorunochronnego: ............................................................

Nazwa i adres wykonawcy: ...........................................................................................

Nazwa i adres jednostki, która sporządziła projekt: .......................................................

.............................................................................................................................

  1. Ochrona zewnętrzna

1. Opis obiektu budowlanego:

 

rodzaj obiektu .......................................................

 

pokrycie dachu ...................................

 

konstrukcja dachu .............................................................................

 

konstrukcja ściany ................................................................................................

2. Opis urządzenia piorunochronnego:

 

zwody .....................................................................................................................

 

przewody odprowadzające .....................................................................................

 

zaciski probiercze ....................................................................................................

 

przewody uziemiające .............................................................................................

 

uziomy ....................................................................................................................

  1. Ochrona wewnętrzna

1. Opis zastosowanych środków ochrony wewnętrznej:

 

− zastosowane urządzenia ochrony przeciwprzepięciowej (ograniczniki przepięć) oraz liczba stopni ochrony...................................................................

 

− zastosowane połączenia wyrównawcze .........................................................

 

− zastosowane odstępy izolacyjne .....................................................................

  1. Schemat urządzenia piorunochronnego

 

Opis i schemat wykonał (imię i nazwisko sporządzającego):

 

.................................................................................................................................

 

Data: .......................................... Podpisy:

 

1. .................................

 

2. .................................

 

3. .................................

PROTOKÓŁ BADAŃ URZĄDZENIA PIORUNOCHRONNEGO

  1. Obiekt budowlany (miejsce położenia, adres i ewentualnie nazwa):

.......................................................................................................................................

  1. Członkowie komisji (nazwisko, imię, adres):

........................................................................................................................................

  1. Badanie ochrony zewnętrznej: ...............................................................................

  1. Oględziny elementów ochrony zewnętrznej: ..............................................

  1. Sprawdzenie wymiarów: .............................................................................

  1. Sprawdzenie ciągłości połączeń: ........................................................

  1. Sprawdzenie stanu uziomów: .................................................................

  1. Pomiar rezystancji uziemienia: ..................................................................

  1. Badanie ochrony wewnętrznej: ............................................................................

  1. Oględziny elementów ochrony wewnętrznej: ............................................

  1. Sprawdzenie stanu technicznego urządzeń ochrony przeciwprzepięciowej (ograniczników przepięć): .......................................................................

  1. Sprawdzenie ciągłości połączeń wyrównawczych: ..................................

  1. Sprawdzenie odstępów izolacyjnych: ......................................................

  1. Po zbadaniu urządzenia piorunochronnego postanowiono:

  1. Uznać urządzenie piorunochronne za zgodne z obowiązującymi przepisami

........................................................................................................................................

  1. Uznać urządzenie piorunochronne za niezgodne z obowiązującymi przepisami, z następujących powodów:

........................................................................................................................................

  1. Zaleca się wykonać następujące prace naprawcze:

........................................................................................................................................

Data: .......................................... Podpisy członków komisji

Autor: mgr inż. Fryderyk Łasak
specjalista ds. pomiarów elektrycznych; absolwent Wydziału Elektrotechniki Górniczej i Hutniczej AGH, autor publikacji dotyczących pomiarów
Słowa kluczowe:
rezystancja uziemień